第二章 數(shù)控加工工藝基礎知識

第二章第一節(jié)基本概念一、生產(chǎn)過程

二、工藝過程

三、機械加工工藝過程

1.工序

2.工步第一節(jié)基本概念表2-1聯(lián)軸器加工工藝過程(中批生產(chǎn))第一節(jié)基本概念圖2-1復合工步第一節(jié)基本概念3.進給

4.安裝

5.工位圖2-2聯(lián)軸器第一節(jié)基本概念圖2-3多工位加工第一節(jié)基本概念四、生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型

1.生產(chǎn)綱領2.生產(chǎn)類型

(1)單件生產(chǎn)單件生產(chǎn)是指產(chǎn)品品種多，而每一種產(chǎn)品的結構、尺寸不同，且產(chǎn)量很少，各個工作地點的加工對象經(jīng)常改變，且很少重復的生產(chǎn)類型。

(2)大量生產(chǎn)大量生產(chǎn)是指產(chǎn)品數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點長期地按一定節(jié)拍進行某一個零件的某一道工序的加工。第一節(jié)基本概念(3)成批生產(chǎn)成批生產(chǎn)是指一年中分批輪流地制造幾種不同的產(chǎn)品，每種產(chǎn)品均有一定的數(shù)量，工作地點的加工對象周期性地重復。表2-2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系第一節(jié)基本概念表2-3各種生產(chǎn)類型的工藝特征五、機械加工工藝規(guī)程第一節(jié)基本概念(1)機械加工工藝過程卡片這種卡片是以工序為單位說明零件機械加工過程的一種工藝文件，機械加工工藝過程卡制訂了零件所有的機械加工過程。第一節(jié)基本概念表2-?4標準機械加工工藝過程卡片第一節(jié)基本概念(2)機械加工工序卡片這種卡片是在機械加工工藝過程卡的基礎上，按每道工序的工序內容所編制的一種工藝文件。第一節(jié)基本概念表2-5標準機械加工工序卡片第一節(jié)基本概念六、工序簡圖

1)工序簡圖可按比例縮小，盡量用較少的投影繪出，可以略去視圖中的次要結構和線條。

2)工序簡圖主視圖應是本工序工件在機床上裝夾的位置。

3)工序簡圖中工件上本工序加工表面用粗實線表示，本工序不加工表面用細實線表示。

4)工序簡圖中用規(guī)定的符號表示出工件的定位、夾緊情況。第一節(jié)基本概念5)工序簡圖中標注本工序的工序尺寸及其公差，加工表面的表面粗糙度，以及其他本工序加工中應該達到的技術要求。

七、制訂機械加工工藝規(guī)程的原則和步驟

1.工藝規(guī)程設計須遵循的原則

1)應能夠保證加工后零件質量達到設計圖樣上規(guī)定的各項技術要求。

2)設法降低生產(chǎn)制造成本，這也是制訂工藝規(guī)程的基本原則。第一節(jié)基本概念3)應使工藝過程具有較高的生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品盡快投入市場。

4)減輕工人的勞動強度，提供安全的勞動條件。

2.制訂零件機械加工工藝規(guī)程的步驟

1)熟知和分析制訂工藝規(guī)程的技術要求，確定生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型。

2)審查零件圖和裝配圖，分析零件結構的工藝性。

3)確定毛坯種類、形狀、尺寸及其制造方法。

4)擬訂工藝過程，選擇定位基準，確定加工表面的加工方法。第一節(jié)基本概念5)選擇機床和工藝裝備。

6)確定工藝路線中每一道工序的工序內容，并提供主要工序的檢驗方法。

7)確定加工余量、工序尺寸及其公差。

8)確定切削用量、計算工時定額。

9)進行技術經(jīng)濟分析，選擇最優(yōu)工藝方案。

10)填寫工藝文件。

八、加工余量

1.加工余量的概念

2.影響加工余量的因素第一節(jié)基本概念(1)前工序形成的表面粗糙度和缺陷層深度(Ra和Da)為了使工件的加工質量逐步提高，一般每道工序都應切到待加工表面以下的正常金屬組織，將上道工序形成的表面粗糙度和缺陷層切掉。

(2)前工序形成的形狀誤差和位置誤差(Δx和Δw)當形狀公差、位置公差和尺寸公差之間相互獨立時，尺寸公差不控制形狀公差和位置公差。

3.確定加工余量的方法

(1)查表修正法根據(jù)生產(chǎn)實踐和試驗研究，現(xiàn)在已將毛坯余量和各種工序的工序余量數(shù)據(jù)收集在手冊。第一節(jié)基本概念(2)經(jīng)驗估計法此法是根據(jù)實踐經(jīng)驗確定加工余量。

(3)分析計算法這是根據(jù)加工余量計算公式和一定的試驗資料，通過計算確定加工余量的一種方法。

九、加工精度

1.加工精度的概念

2.影響加工精度的因素

(1)系統(tǒng)的幾何誤差

1)機床的幾何誤差。

2)加工原理誤差。

3)夾具誤差。第一節(jié)基本概念4)刀具的制造誤差及磨損。圖2-?4車削細長軸時受力變形第一節(jié)基本概念(2)工藝系統(tǒng)的受力變形由機床、夾具、工件、刀具所組成的工藝系統(tǒng)是一個彈性系統(tǒng)，在加工過程中由于切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力的作用，會產(chǎn)生彈性變形，從而破壞刀具與工件之間的準確位置，產(chǎn)生加工誤差。

1)切削過程中受力點位置變化引起的加工誤差。

2)毛坯加工余量不均，材料硬度變化導致切削力大小變化引起的加工誤差——復映誤差。

(3)工藝系統(tǒng)的熱變形機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下會產(chǎn)生一定的熱變形。第一節(jié)基本概念(4)工件殘余應力引起的誤差殘余應力是指當外部載荷去掉以后仍存留在工件內部的應力。

(5)調整誤差零件加工的每一個工序中，為了獲得被加工表面的形狀、尺寸和位置精度，總要對機床、夾具和刀具進行調整。

(6)數(shù)控機床產(chǎn)生誤差的獨特性數(shù)控機床與普通機床的最主要差別有兩點：一是數(shù)控機床具有“指揮系統(tǒng)”——數(shù)控系統(tǒng)，二是數(shù)控機床具有執(zhí)行運動的驅動系統(tǒng)——伺服系統(tǒng)。

1)機床重復定位精度的影響。第一節(jié)基本概念2)檢測反饋裝置的影響。

3)刀具誤差的影響。

3.提高加工精度的工藝措施

(1)減小原始誤差法這是生產(chǎn)中應用較廣的一種基本方法。

(2)轉移原始誤差法這種方法實質上是轉移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等。

(3)補償原始誤差法這是人為地制造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。第一節(jié)基本概念(4)就地加工法在加工和裝配中有些精度問題牽涉到零件或部件間的相互關系，相當復雜。

(5)均分原始誤差法在加工中，由于毛坯或上道工序誤差(以下統(tǒng)稱“原始誤差”)的存在，往往造成本工序的加工誤差。

解決這個問題，最好是采用分組調整均分誤差的辦法。這種辦法的實質就是把原始誤差按其大小均分為2組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的1/2，然后按各組分別調整加工。第一節(jié)基本概念(6)均化原始誤差法對配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨工藝。

十、表面質量

1.表面的幾何特性

(1)表面粗糙度它是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，如圖2-5所示，其波長L3與波高H3的比值一般小于50，主要由刀具的形狀以及切削過程中塑性變形和振動等因素決定。第一節(jié)基本概念圖2-5表面幾何特性(2)表面波度它是介于宏觀幾何形狀誤差(L1／H1>1000)與微觀表面粗糙度(L3／H3<50)之間的周期性幾何形狀誤差，如圖2-5所示，其波長L2與波高H2的比值一般為1000。第一節(jié)基本概念(3)表面紋理方向它是指表面刀紋的方向，取決于該表面所采用的機械加工方法及其主運動和進給運動的關系。

(4)傷痕它是指在加工表面的一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。

2.表面層的物理、化學和力學性能

1)表面層加工硬化(冷作硬化)。

2)表面層金相組織變化及由此引起的表層金屬強度、硬度、塑性及耐腐蝕性的變化。

3)表面層產(chǎn)生殘余應力或造成原有殘余應力的變化。第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)一、數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的組成圖2-?6工藝系統(tǒng)的組成第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)1.數(shù)控機床

2.夾具

3.刀具

4.工件

二、數(shù)控加工刀具的種類和特點

1.數(shù)控加工刀具的種類

(1)從切削工藝上對數(shù)控加工刀具的分類

1)車削刀具。

2)銑削刀具。

3)鏜削刀具。第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)4)鉆削刀具。

(2)從制造所采用的材料上對數(shù)控加工刀具的分類

1)高速鋼刀具。

2)硬質合金刀具。

3)陶瓷刀具。

4)立方氮化硼刀具。

5)金剛石刀具。

(3)從結構上對數(shù)控加工刀具的分類

1)整體式。

2)鑲嵌式。第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)3)減振式。

4)內冷式。

5)特殊形式。

(4)特殊型刀具特殊型刀具有帶柄自緊夾頭刀柄、強力彈簧夾頭刀柄、可逆式(自動反向)攻螺紋夾頭刀柄、增速夾頭刀柄、復合刀具和接桿類等。

2.數(shù)控加工刀具的特點

1)刀片及刀柄高度通用化、規(guī)格化、系列化。

2)刀片或刀具的壽命及經(jīng)濟壽命指標合理化。

3)刀具或刀片幾何參數(shù)和切削參數(shù)規(guī)范化、典型化。第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)4)刀片或刀具材料及切削參數(shù)與被加工材料之間應相匹配。

5)刀具應具有較高的精度，包括刀具的形狀精度、刀片及刀柄對機床主軸的相對位置精度、刀片及刀柄的轉位及拆裝的重復精度。

6)刀柄的強度要高、剛性及耐磨性要好。

7)刀柄或工具系統(tǒng)的裝機質量有限度。

8)刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

9)刀片、刀柄的定位基準及自動換刀系統(tǒng)要優(yōu)化。

三、數(shù)控機床夾具的特點第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)1)傳統(tǒng)的專用夾具具有定位、夾緊、導向和對刀四種功能，而數(shù)控機床上一般都配備有接觸式測頭、刀具預調儀及對刀部件等設備，可以由機床解決對刀問題。

2)數(shù)控加工適用于多品種、中小批量生產(chǎn)，為能裝夾不同尺寸、不同形狀的多品種工件，數(shù)控加工的夾具應具有柔性，經(jīng)過適當調整即可夾持多種形狀和尺寸的工件。

3)夾具本身應有足夠的剛度，以適應大切削用量切削。

4)為適應數(shù)控機床多方面加工的特點，要避免夾具結構包括夾具上的組件對刀具運動軌跡的干涉，夾具結構不要妨礙刀具對工件各部位的多面加工。第二節(jié)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)5)夾具的定位要可靠，定位元件應具有較高的定位精度，定位部位應便于清屑，無切屑積留。

6)對剛度小的工件，應保證最小的夾緊變形，如使夾緊點靠近支承點，避免把夾緊力作用在工件的中空區(qū)域等。

7)為適應數(shù)控加工的高效率，數(shù)控加工夾具應盡可能使用氣動、液壓、電動等自動夾緊裝置快速夾緊，以縮短輔助時間。第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述一、數(shù)控加工工藝的特點

二、數(shù)控加工工藝的主要內容

1)選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定工序內容。

2)分析被加工零件的圖樣，明確加工內容及技術要求。

3)確定零件的加工方案，制訂數(shù)控加工工藝路線。

4)加工工序的設計。

5)數(shù)控加工程序的調整。

6)分配數(shù)控加工中的公差。

7)處理數(shù)控機床上的部分工藝指令。

三、數(shù)控加工工藝設計第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述1.對零件圖樣進行數(shù)控加工工藝性分析

(1)尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點為使零件圖樣符合數(shù)控加工工藝的要求，圖樣的尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點。

(2)組成零件形狀的幾何要素的條件應準確、完整編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素的尺寸及各幾何要素間的關系。

(3)零件技術要求分析零件的技術要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等，這些要求在保證零件使用性能的前提下，應經(jīng)濟合理。第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述(4)零件材料分析在滿足零件功能的前提下，應選用廉價、切削性能好的材料。

2.數(shù)控加工工序內容及工藝路線設計

(1)定位基準選擇在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要，否則可能因基準轉換引起定位誤差。

(2)工序的劃分確定零件的加工過程中采用數(shù)控機床后，擬定其工藝路線時，要盡量采用工序集中原則，針對數(shù)控加工的特點，對零件的加工工序的劃分還應考慮下述因素。第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述1)按工件的定位方式劃分工序。圖2-7凸輪第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述2)按粗、精加工分開的原則劃分工序。

3)按使用刀具不同劃分工序。

4)以加工部位劃分工序。

(3)工步的劃分確定了數(shù)控加工工序內容后，應合理安排一個工序中的工步順序。

1)先粗后精。

2)先面后孔。

3)按所用刀具劃分工步。

4)基準面先行原則。第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述(4)順序的安排順序的安排應根據(jù)零件的結構和毛坯狀況，以及定位與夾緊的需要來考慮，重點使工件的剛性不被破壞。

1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊。

2)先內后外。

3)一次安裝應盡可能多地連續(xù)加工各個表面。

4)先安排對工件剛性破壞較小的工序。

(5)做好數(shù)控加工工序與普通加工工序的銜接數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾。第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述(6)選擇合理的進給路線數(shù)控加工過程中刀具相對工件的運動軌跡和運動方向稱為進給路線。

1)切入工件的進刀量、切出工件的退刀量。

2)沿工件加工表面切向進刀和退刀。圖2-8圓弧銑削的進刀與退刀

a)外圓弧面銑削b)內圓弧面銑削第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述3)直線進刀、退刀路線。

4)沿1／4圓弧段進、退刀路線。

5)進給路線應使加工后工件的變形最小。

6)尋求最短加工路線。

7)最終輪廓一次進給完成。圖2-9孔系加工路線第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述3.數(shù)控加工工序的設計

(1)數(shù)控加工夾具的選擇為縮短生產(chǎn)準備時間，應優(yōu)先考慮使用通用夾具、組合夾具，必要時可設計制造專用夾具。

(2)數(shù)控加工刀具的選擇為提高數(shù)控機床效率，刀具的選擇非常重要。

(3)正確選擇工件坐標原點圖2-10數(shù)控刀具的刀位點第三節(jié)數(shù)控加工工藝設計概述(4)確定切削用量對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。第四節(jié)常用工程材料一、常用金屬材料的種類表2-?6常用金屬材料的種類二、常用碳素鋼的牌號、性能和用途

1.(普通)碳素結構鋼第四節(jié)常用工程材料表2-7碳素結構鋼的力學性能、牌號及用途表2-7碳素結構鋼的力學性能、牌號及用途2.優(yōu)質碳素結構鋼

3.碳素工具鋼第四節(jié)常用工程材料三、常用合金鋼的牌號、性能和用途

四、鑄鐵的牌號、性能和用途

1.灰鑄鐵表2-8灰鑄鐵的牌號及應用2.可鍛鑄鐵第四節(jié)常用工程材料表2-9可鍛鑄鐵的牌號、力學性能和用途3.球墨鑄鐵第四節(jié)常用工程材料表2-10球墨鑄鐵的牌號、力學性能和用途五、鋁及鋁合金

1.純鋁

2.鋁合金第四節(jié)常用工程材料六、塑料

1.塑料的組成

(1)合成樹脂合成樹脂是由低分子化合物通過縮聚或加聚反應合成的高分子化合物，如酚醛樹脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成成分，也起著粘結劑的作用。

(2)添加劑添加劑是為改善塑料的性能而加入的其他成分，主要包括下列幾類。

1)填料或增強材料：填料在塑料中主要起增強作用。

2)固化劑：可使樹脂具有體型網(wǎng)狀結構，成為較堅硬和穩(wěn)定的塑料制品。第四節(jié)常用工程材料3)增塑劑：用以提高樹脂可塑性和韌性。

4)穩(wěn)定劑：用以防止受熱、光等作用下的塑料過早老化。

2.塑料的分類

(1)按樹脂的熱性能分類根據(jù)樹脂在加熱和冷卻時所表現(xiàn)的性質，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

1)熱塑性塑料。

2)熱固性塑料。

(2)按使用范圍分類

1)通用塑料。

2)工程塑料。第四節(jié)常用工程材料3)耐熱塑料。

3.常用工程塑料的性能和用途

(1)熱塑性塑料

1)聚乙烯(PE)。

2)聚丙烯(PP)。

3)聚氯乙烯(PVC)。

4)聚苯乙烯(PS)。

5)ABS塑料。

6)聚酰胺(PA)。

7)聚碳酸酯(PC)。第四節(jié)常用工程材料8)氟塑料。

9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗稱有機玻璃。

(2)熱固性塑料

1)酚醛塑料(PE)。

2)環(huán)氧塑料(EP)。

七、鋼的熱處理概述圖2-11各種熱處理工藝曲線第四節(jié)常用工程材料1.鋼的退火

2.鋼的正火

3.鋼的淬火

4.鋼的回火

5.鋼的表面熱處理

(1)鋼的表面淬火表面淬火是把鋼的表面迅速加熱到適當溫度，而心部溫度仍較低，然后快速冷卻的熱處理工藝。第四節(jié)常用工程材料(2)鋼的化學熱處理鋼的化學熱處理是將鋼置于適當溫度的某種介質中，保溫一定時間，使介質中的某些元素滲入鋼的表面，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。第五節(jié)常用材料的切削加工性能及毛坯的選擇原則一、常用材料的切削加工性能

1.金屬材料切削加工性能的概念第五節(jié)常用材料的切削加工性能及毛坯的選擇原則表2-11材料切削加工性能等級2.改善金屬材料切削加工性能的途徑

二、機械加工中常見毛坯的種類

1.鑄件

2.鍛件第五節(jié)常用材料的切削加工性能及毛坯的選擇原則3.型材

4.焊接件

5.粉末冶金制件

三、毛坯的選擇原則

1.生產(chǎn)類型

2.現(xiàn)有生產(chǎn)條件

3.零件材料及其力學性能

4.零件的結構形狀及其外形尺寸

5.保證設計的質量要求

6.充分考慮利用新工藝、新技術和新材料第六節(jié)數(shù)控加工中的常用量具一、游標卡尺圖2-12游標卡尺

1、5—內外量爪2—制動螺釘3—游標4—尺身1.刻線原理第六節(jié)數(shù)控加工中的常用量具圖2-131/50游標卡尺的刻線原理和讀數(shù)方法

a)刻線原理b)讀數(shù)方法2.游標卡尺的讀數(shù)方法

(1)讀整數(shù)讀出游標零線以左的主尺上最大整數(shù)(毫米數(shù))，圖中為23mm。第六節(jié)數(shù)控加工中的常用量具(2)讀小數(shù)根據(jù)游標零線以右、且與主尺上刻線對準的刻線數(shù)，乘以0.02mm讀出小數(shù)，圖中為5×0.02mm＝0.10mm。

(3)將整數(shù)與小數(shù)相加，即為總尺寸。

3.游標卡尺的使用方法圖2-14游標卡尺的使用方法

a)測量外徑b)測量長度c)測量深度d)測量內徑e)測量兩孔間的距離第六節(jié)數(shù)控加工中的常用量具(1)檢查零位量面推合后，游標與尺身兩者零位應重合。

(2)測量尺寸測量外尺寸時，拉開卡尺的兩個量爪，卡入工件的所測部位。

(3)測量力要適當測量力太大，會造成尺框傾斜，產(chǎn)生測量誤差。圖2-15